Automobilio dinaminis skaičiavimas apima daugybę veiksnių, lemiančių jo judėjimą. Šis procesas padeda išsamiai įvertinti transporto priemonės elgseną įvairiomis sąlygomis. Pagrindiniai skaičiavimai apima variklio charakteristikų sudarymą, ratų riedėjimo spindulio nustatymą, traukos jėgos ir važiavimo greičio analizę, traukos balansą, dinaminės charakteristikos bei apkrovimo monogramos sudarymą, prabuksavimo kontrolės grafiką, taip pat automobilio greitėjimo, lėtėjimo, įsibėgėjimo laiko ir kelio skaičiavimus.
1. Variklio išorinės greičio charakteristikos sudarymas
Variklio išorinės greičio charakteristikos sudarymas yra pirmasis žingsnis analizuojant automobilio dinamiką. Šis procesas prasideda nuo variklio apsisukimų parinkimo, skaičiavimams pradedant nuo mažų ir baigiant dideliais sūkiais. Parenkamas apsisukimų koeficientas a, kuris paprastai svyruoja nuo 0,2 iki 1,2. Variklio apsisukimai (ne) skaičiuojami pagal formulę:
ne = a * np, kur np yra didžiausias variklio apsisukimų skaičius.
Pavyzdys: ne = 0.2 * 5500 = 1100 Hz.
Skaičiavimų rezultatai surašomi į lentelę.
1.1. Variklio apsisukimų ir koeficiento reikšmės
| Variklio apsisukimai (min⁻¹) | 1100 | 2200 | 3300 | 4400 | 4950 | 5500 | 6050 | 6600 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a koeficientas | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 0.9 | 1 | 1.1 | 1.2 |
2. Variklio galios ir sukimo momento skaičiavimas prie įvairių variklio apsisukimų
Variklio galiai (Pe) ir sukimo momentui (Me) skaičiuoti naudojamos empirinės formulės. Galios skaičiavimui naudojama formulė:
Pe = Pemax * (ne/np) * [a + b*(ne/np) - (ne/np)^2] (kW)
Kur Pe ir ne yra bet kokio charakteristikos taško galingumas ir veleno sūkiai, o np - veleno sūkiai esant variklio didžiausiai galiai Pemax. Koeficientų a ir b reikšmės priklauso nuo variklio tipo (pvz., Otto varikliams a ≈ 1, b ≈ 1).
Sukimo momentas skaičiuojamas naudojant formulę:
Me = 9570 * Pe / ne (Nm)
Kur Me - sukimo momentas Niutonmetrais, Pe - galia kilovatais, ne - apsisukimai per minutę.
Pavyzdys:
Pe = 77 * (1100/5500) * [1 + 1*(1100/5500) - (1100/5500)^2] = 17.86 kW
Me = 9570 * 17.86 / 1100 = 155.42 Nm
Atlikus skaičiavimus prie įvairių veleno sūkių, gauti duomenys surašomi į lentelę. Pagal gautus duomenis brėžiamas variklio išorinio greičio charakteristikos grafikas, vaizduojantis galios ir sukimo momento priklausomybę nuo apsisukimų.
2.1. Variklio galia ir sukimo momentas prie įvairių apsisukimų
| ne (min⁻¹) | 1100 | 2200 | 3300 | 4400 | 4950 | 5500 | 6050 | 6600 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pe (kW) | 17.86 | 38.19 | 57.29 | 71.46 | 75.54 | 77.00 | 75.38 | 70.22 |
| Me (Nm) | 155.42 | 166.14 | 166.14 | 155.42 | 146.04 | 133.98 | 119.24 | 101.82 |
3. Ratų riedėjimo spindulys
Rato riedėjimo spindulys (Rr) yra svarbus dydis, įtakojantis pasipriešinimo jėgas. Jis skaičiuojamas pagal formulę:
Rr = (r0 + x*h) * 0.0254 m
Kur r0 - ratlankio spindulys coliais, h - padangos profilio aukštis coliais, o x - koeficientas, atsižvelgiant į padangos charakteristikas. Rato laisvąjį spindulį ir rato riedėjimo spindulį galima apskaičiuoti remiantis (2.2) ir (2.3) formulėmis. Ratų riedėjimo spindulys gali būti laikoma, kad yra lygus 0,9-0,95 konstrukcinio ratų spindulio. Automobilių padangoms deformacijos koeficientas (λd) svyruoja nuo 0,85 iki 0,90. Darbe bus naudojamos koeficiento reikšmės.
Pavyzdys padangai 175/70 R13:
r0 = 13/2 = 6.5 col
h = 170 * 0.7 / 25.4 ≈ 4.82 col (padangos aukštis)
Rr = (6.5 + 0.9 * 4.82) * 0.0254 ≈ 0.28 m
4. Automobilio traukos charakteristika
Automobilio traukos jėga (FL) skaičiuojama pagal formulę:
FL = (Me * ipd * ipp * ηtr) / Rr (N)
Kur Me - variklio sukimo momentas, ipd - pavarų dėžės perdavimo skaičius, ipp - pagrindinės pavaros perdavimo skaičius, ηtr - transmisijos naudingumo koeficientas (0,88-0,95), o Rr - ratų riedėjimo spindulys.
Automobilio važiavimo greitis (v) skaičiuojamas pagal formulę:
v = (2 * π * Rr * ne) / (60 * ipd * ipp * ηtr) (m/s)
Šie skaičiavimai atliekami kiekvienai pavarai ir kiekvienam variklio apsisukimų intervalui. Gauti duomenys surašomi į lentelę, kurioje pateikiama traukos jėga ir važiavimo greitis skirtingoms pavaroms. Pagal gautus duomenis brėžiamas automobilio traukos charakteristikos grafikas, vaizduojantis traukos jėgos priklausomybę nuo greičio kiekvienai pavarai.
4.1. Traukos jėga ir važiavimo greitis
| Pavaros | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| FL (N) | 6180.57 | 6606.81 | 6606.81 | 6180.57 | 5807.60 | 5328.07 | 4741.99 | 4049.34 |
| v (m/s) | 2.90 | 5.79 | 8.69 | 11.58 | 13.03 | 14.48 | 15.92 | 17.37 |
| FL (N) | 3747.58 | 4006.03 | 4006.03 | 3747.58 | 3521.43 | 3230.67 | 2875.30 | 2455.31 |
| v (m/s) | 4.77 | 9.55 | 14.32 | 19.10 | 21.49 | 23.87 | 26.26 | 28.65 |
5. Automobilio traukos balansas
Traukos balanso lygtis apibūdina jėgas, veikiančias automobilį judėjimo metu:
FL = Fk ± Fµ ± Fa + FW (N)
Kur:
FL - automobilio traukos jėga.
Fk - riedėjimo pasipriešinimo jėga.
Fµ - įkalnės pasipriešinimo jėga (lygi 0, važiuojant lygiu keliu).
Fa - pagreičio riedėjimo jėga (lygi 0, važiuojant tolygiai).
FW - oro pasipriešinimo jėga.
Kai automobilis važiuoja tolygiai horizontaliu keliu, Fa = 0 ir Fµ = 0, todėl traukos balanso lygtis tampa:
FL = Fk + FW (N)
5.1. Riedėjimo pasipriešinimo jėga
Riedėjimo pasipriešinimo jėga (Fk) skaičiuojama pagal formulę:
Fk = Ga * k (N)
Kur Ga - automobilio svoris, k - riedėjimo pasipriešinimo koeficientas. Riedėjimo pasipriešinimo koeficientas priklauso nuo kelio dangos. Riedėjimo pasipriešinimo koeficiento padidėjimą nuo greičio galima apskaičiuoti pagal formulę. Riedėjimo varžos skaičiavimai atliekami tiek tuščiam, tiek su priekaba automobiliui pagal (2.5) formulę.
Pavyzdys: Ga = 16250 N, k = 0.02, Fk = 0.02 * 16250 = 325 N
5.2. Oro pasipriešinimo jėga
Oro pasipriešinimo jėga (FW) skaičiuojama pagal formulę:
FW = kW * A * v^2 (N)
Kur kW - oro pasipriešinimo koeficientas, A - automobilio priekinės dalies plotas, v - greitis. Oro pasipriešinimo koeficientas (K arba Cw) yra pastovus dydis kiekvienam kūnui ir priklauso nuo automobilio formos.
Pavyzdys: kW = 0.15, A = 1.44 * 1.395 = 2.01 m², v = 2.9 m/s FW = 0.15 * 2.01 * 2.9^2 ≈ 2.53 N
Šie skaičiavimai atliekami kiekvienai pavarai ir prie įvairių greičių. Gauti duomenys surašomi į lentelę. Traukos balanso grafike oro pasipriešinimo jėga paprastai brėžiama tik paskutinės pavaros atveju. Pagal gautus duomenis brėžiamas automobilio traukos balanso grafikas.
5.3. Oro pasipriešinimo jėga prie skirtingų greičių ir pavarų
| Pavaros | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fw (N) | 2.53 | 10.10 | 22.73 | 40.41 | 51.14 | 63.14 | 76.40 | 90.92 |
| Fw (N) | 6.87 | 27.48 | 61.83 | 109.91 | 139.11 | 171.74 | 207.80 | 247.30 |
6. Automobilio dinaminė charakteristika
Dinaminės charakteristikos sudarymui skaičiuojamas dinaminis faktorius (D), kuris parodo automobilio dinamines savybes. Jis apskaičiuojamas kiekvienai pavarai ir skirtingiems variklio sūkiams, esant pilnai pakrautam automobiliui. Dinaminio faktoriaus skaičiavimas atliekamas pagal (2.9) formulę tiek tuščiam, tiek su priekaba automobiliui.
Dinaminis faktorius apskaičiuojamas pagal formulę, išvedamą iš traukos balanso lygties:
D = FL / Ga
Duomenys surašomi į lentelę, kurioje pateikiamas dinaminis faktorius priklausomai nuo greičio kiekvienai pavarai. Dinaminė charakteristika parodo dinaminio faktoriaus priklausomybę nuo automobilio važiavimo greičio. Pagal gautus duomenis brėžiamas grafikas.
6.1. Dinaminio faktoriaus lentelė
| Pavaros | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| D | 0.38 | 0.41 | 0.41 | 0.38 | 0.35 | 0.32 | 0.29 | 0.24 |
| D | 0.23 | 0.24 | 0.24 | 0.22 | 0.21 | 0.19 | 0.16 | 0.14 |
7. Automobilio apkrovimo monograma
Apkrovimo monogramos sudarymui apskaičiuojamas tuščio automobilio dinaminis faktorius. Naudojantis specialia formule, sudaroma monograma, kuri leidžia vizualizuoti automobilio dinamines savybes esant skirtingoms apkrovoms. Brėžiama apkrovimo monograma dinaminėje charakteristikoje.
7.1. Dinaminis faktorius (tuščias automobilis)
| Greitis (m/s) | 0.58 | 0.62 | 0.62 | 0.58 | 0.54 | 0.49 | 0.44 | 0.37 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| D0 | 0.38 | 0.41 | 0.41 | 0.38 | 0.35 | 0.32 | 0.29 | 0.24 |
8. Prabuksavimo kontrolės grafikas
Prabuksavimo kontrolės grafikas brėžiamas kartu su dinamine charakteristika ir apkrovimo monograma. Jis padeda nustatyti optimalų kibumo koeficientą (φk) ir jo įtaką dinaminei charakteristikai.
Duomenys skaičiuojami, kai automobilis važiuoja asfaltu, o kibumo koeficientas svyruoja nuo 0,1 iki 0,9. Skaičiuojama pagal formules, atsižvelgiant į nepakrauto automobilio svorį (G0) ir pakrauto automobilio svorį (Ga). Brėžiamas prabuksavimo kontrolės grafikas.
8.1. Duomenys prabuksavimo kontrolės grafikui
| φk | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dφ0 | 0.049 | 0.098 | 0.147 | 0.197 | 0.246 | 0.295 | 0.344 | 0.393 | 0.442 |
| Dφ | 0.075 | 0.150 | 0.225 | 0.300 | 0.375 | 0.450 | 0.525 | 0.600 | 0.675 |
9. Automobilio greitėjimo ir lėtėjimo skaičiavimas
Pagrindiniai automobilio įsibėgėjimą charakterizuojantys parametrai yra pagreitis, trukmė ir kelias. Kuo didesnis automobilio pagreitis, tuo jis dinamiškesnis. Iš dinaminio faktoriaus balanso lygties galima surasti pagreitį (a) įsibėgėjimo metu:
a = g * (D - k - sin(α)) * δ
Kur k - riedėjimo pasipriešinimo koeficientas, g - pagreitis, δ - koeficientas, įvertinantis besisukančių automobilio detalių masę. Skaičiuojant skirtingą perdavimą turinčioms pavaroms, automobilio greitėjimas skaičiuojamas pilnai pakrautam automobiliui, važiuojant horizontaliu asfalto-betono dangos keliu, kurio k = 0.015. Brėžiamas greitėjimo grafikas, vaizduojantis pagreičio priklausomybę nuo greičio.
9.1. Greitėjimas skirtingomis pavaromis
| Pavaros | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a (m/s²) | 2.33 | 2.50 | 2.49 | 2.32 | 2.17 | 1.97 | 1.74 | 1.46 |
| a (m/s²) | 1.73 | 1.84 | 1.83 | 1.68 | 1.55 | 1.39 | 1.20 | 0.97 |
10. Įsibėgėjimo laikas ir kelias
Įsibėgėjimo laikas ir kelias nustatomi naudojantis greitėjimo grafiku. Grafikas padalinamas į ruoželius, surandami kiekvieno ruoželio greitis ir pagreitis. Gauti duomenys naudojami skaičiuojant įsibėgėjimui sugaištą laiką bei nuvažiuotą kelią. Suminis visos pavaros įsibėgėjimo laikas lygus visų ruoželių laiko sumai. Įsibėgėjimo kelias surandamas analogiškai.
Galia, reikalinga automobilio su priekaba riedėjimo varžai nugalėti Nr+pr., apskaičiuojama pagal formulę. Galia, reikalinga automobilio su priekaba riedėjimo Nr+pr. ir oro No varžoms nugalėti. Pagal gautus duomenis nubraižoma galios balanso diagrama.
Galia, reikalinga užtikrinti pastovų automobilio greitį N‘e, apskaičiuojama pagal formulę. Čia ge min - minimalios santykinės degalų sąnaudos, g/kWh. Dyzelinui ge min = 200 g/kWh. Dyzelino tankis ρd = 0,84 g/cm3.
Pagal gautus duomenis nubraižomos stabdymo kelio ir stabdymo laiko diagramos.
11. Išvadų apžvalga iš skaičiavimų
Nagrinėjant variklio greitinę charakteristiką galima pastebėti, kad didžiausios galios ir sukimo momentų vertės yra prie skirtingų variklio alkūninio veleno sūkių. Geriausias greitėjimas gaunasi prie sūkių, kuriuose susikerta variklio sukimo momento ir galingumo kreivė.
Automobilio traukos charakteristika parodo kokią galią išvysto kiekviena pavara ir kokiu maksimaliu greičiu automobilis gali važiuoti konkrečia pavara. Didžiausia traukos jėga gaunama važiuojant 1 pavara, kadangi pirmos pavaros krumpliaračio diametras yra daug mažesnis už veleno, todėl velenui perduodama didelė traukos jėga, bet to pasėkoje prarandamas greitis. Važiuojant 6 pavara gaunasi atvirkštinis variantas.
Lyginant oro ir riedėjimo varžas pastebime, kad riedėjimo varža kinta nežymiai didėjant automobilio judėjimo greičiui, kai oro varža didėjant greičiui žymiai išaugo. Be to, automobiliui judant su 750 kg masės priekaba, riedėjimo varža didėjant greičiui proporcingai didėja, atitinkamai didindama suminę riedėjimo ir oro varžą.
Dinaminėje charakteristikoje pateikiamos dinaminio faktoriaus priklausomybės nuo automobilio judėjimo greičio kreivės važiuojant kiekviena iš pavarų. Iš dinaminės charakteristikos galima matyti, kad 5 ir 6 pavaros maksimalūs dinaminių faktorių dydžiai mažai kuo skiriasi. Taip yra dėl to, kad jų pavarų perdavimo skaičiai yra gana panašūs. 4 pavaros dinaminis faktorius yra didesnis dėl to, kad ši pavara yra sujungta su pagrindine pavara, kurios perdavimo skaičius didesnis (i=4,118) ir skiriasi nuo tos, kuri sujungta su 5 ir 6 pavaromis (i=3,043). Priekaba, sukabinta su automobiliu, stipriai mažina dinaminį faktorių, nes priekaba padidina bendrąjį junginio svorį.
Iš automobilio įsibėgėjimo pagreičio diagramos matosi, kad automobilio įsibėgėjimo pagreitis didžiausias prie žemų pavarų, nes tiesiogiai priklauso nuo dinaminio faktoriaus. Didėjant automobilio greičiui pagreitis pradeda mažėti. Važiuojant 6 pavara pagreitis tampa net neigiamu. Taip yra dėl to, didėjant greičiui automobilį pradeda veikti išaugusios riedėjimo varžos. Priekaba, sukabinta su automobiliu, stipriai mažina įsibėgėjimo pagreitį dėl sumažėjusio dinaminio faktoriaus.
Iš galios balanso diagramos matyti, kad 6 pavara yra greituminė. Jos galios atsarga yra mažiausia lyginant su kitomis. Kitos pavaros turi didesnes galios atsargas, kas leidžia užtikrinti geresnes traukos savybes ir lengviau įveikti įkalnes, kelio nelygumus bei kitas kliūtis. Iš galios balanso matyti, kad galia, reikalinga riedėjimo varžai nugalėti, iki maždaug 140 km/h yra didesnė už galią, reikalingą oro varžai nugalėti. Didėjant greičiui, ši nelygybė keičiasi vietomis.
tags: #automobilio #pagrindiniu #charakteristiku #skaiciavimas